
【電】 differential voltage gain
differential
【機】 different
【計】 voltage gain
差動電壓增益(Differential Voltage Gain)是電子工程中的核心參數,定義為差分放大器對兩個輸入端差模信號的放大能力,數學表達式為: $$ Ad = frac{v{od}}{v{id}} $$ 其中,$v{od}$為輸出端差模電壓,$v_{id}$為輸入端差模電壓。
在集成電路設計中,差動電壓增益直接影響運算放大器、儀表放大器等器件的信號處理精度。典型差分對電路(如BJT或MOSFET結構)的增益可通過跨導和輸出電阻計算,例如: $$ A_d = g_m cdot R_C $$ ($g_m$為晶體管跨導,$R_C$為負載電阻)。
該參數與共模抑制比(CMRR)密切相關,高差動增益配合高CMRR可有效抑制共模幹擾,這一特性在生物電信號采集、工業傳感器等場景中至關重要。國際标準IEEE 241-1990建議,精密放大器的差動增益需大于80dB以滿足醫療設備噪聲要求。
權威文獻如《微電子電路》(Sedra/Smith)指出,現代CMOS工藝下差動增益需通過共源共栅結構優化,其值可達100dB以上,但需權衡帶寬與功耗指标。
差動電壓增益是差動放大電路的核心性能指标,表示電路對差模輸入信號的放大能力。以下從定義、計算方式及影響因素進行詳細說明:
差動電壓增益指差動放大器的輸出電壓差((V{out1} - V{out2}))與輸入電壓差((V{in1} - V{in2}))的比值。其核心作用是将微弱的差模信號放大,同時抑制共模幹擾。
基本公式
電壓增益的絕對值表示為:
$$
Av = frac{V{out}}{V{in}}
$$
其中,(V{out})為輸出端電壓差,(V_{in})為輸入端電壓差。
分貝轉換
增益的分貝值為:
$$
Av(text{dB}) = 20 log{10}(A_v)
$$
例如,若(A_v=100),則對應增益為40 dB。
差動放大電路的特殊性
電流源負載
使用電流源作為有源負載可等效增大動态電阻((r_o)),從而顯著提高增益。例如,電流源的動态電阻遠大于普通電阻,使得(A_v propto g_m r_o)。
電路對稱性
差動對的對稱性直接影響共模抑制比(CMRR),進而影響有效增益的穩定性。
晶體管參數
跨導((g_m))和歐拉電壓(Early Voltage)等參數與增益直接相關。
差動電壓增益在運算放大器、通信接收機前端等高頻/高精度電路中尤為重要,其高增益特性可有效提升信號處理能力。
如需進一步了解差動放大電路的具體設計,和中的電路分析案例。
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